Влияние долговечности деталей ЦПГ на ресурс работы двигателя

Износ двигателя

Основной вопрос этой статьи – а не приводит ли езда на низких оборотах к преждевременному износу мотора? И, какие режимы самые «износообразующие».
Постановка экспертных испытаний, в целом, понятна. Двигатель – один и тот же: ВАЗовский «восьмиклапанник». Стенд, аппаратура, бензин и несколько канистр масла – каждый цикл испытаний требует его замены. Задача простая – надо «проехать» одно и тоже расстояние, с одной скоростью, но используя различные режимы работы двигателя. На разных передачах…
Как этого достичь? Ехать можно на одной и той же скорости, поддерживая обороты двигателя и 1500, и 2500, и даже 4000 об/мин. Чем выше обороты – тем ниже передача, важно, чтобы мощность, выдаваемая мотором, была бы одинакова. На стенде это сделать просто – крутящий момент измеряем по динамометру, обороты известны – следовательно, и мощность знаем. «Скорость» множим на моточасы, которые мы тоже фиксируем – вот вам и пробег.
С износом сложнее – придется каждый раз, после наработки двигателя на фиксированном режиме заданного времени, мотор разбирать и взвешивать основные детали, образующие узлы трения, это вкладыши подшипников и поршневые кольца. Плюс к тому – дополнительный промежуточный контроль, который будем проводить, определяя содержание продуктов износа в пробах масла. Нашли хром – стало быть, изнашиваются первые поршневые кольца; обнаружили железо – цилиндры и шейки вала; появилось олово – оно определит скорость износа вкладышей подшипников (поскольку входит в состав антифрикционного слоя); алюминий – следствие износа поршней и подшипников распределительного вала.
Двигатель отработал на заданных постоянных режимах с примерно одинаковой мощностью по 50 моточасов на каждом. Немного для ресурса, но мы получаем скорости износа, а дальше простой экстраполяцией оцениваем и примерный ресурс мотора. При этом обороты двигателя на циклах испытаний меняли от 1200 до 4000, то есть больше, чем в три раза. А потом нагрузку на мотор увеличили – и еще раз прогнали цикл. А потом – еще… Получилась объемистая таблица, где для каждой точки режима была записана своя скорость износа, причем разделенная по узлам – подшипникам и кольцам.

Так меняется средняя скорость износа первых поршневых колец двигателя при изменении режима работы

«Черные зоны» активного износа обнаружились сразу. Самые серьезные – когда на малые обороты накладывается большая нагрузка, и с высокой температурой масла. Скорость износа в таком режиме максимальна – как для подшипников, так и поршневых колец с цилиндрами. У двигателистов эта область называется зоной буксировочных режимов.
С ростом оборотов зона износа сразу стала уменьшаться и где-то при 1800 об/мин – исчезла. Все узлы трения «всплыли» на масляные пленки, прямой контакт между поверхностями деталей исчез – и с ним и скорость износа обратилась практически в ноль. Но надо понимать, что ноль скорости износа на графиках, не означает, что его нет, просто износ на этих режимах меньше погрешности измерения. На практике, конечно, не совсем так. Микрочастицы пыли, продуктов износа, сажи, проскочившие масляный фильтр, дадут какой-то износ и здесь.

А так – вкладышей шатунных подшипников

С увеличением частоты вращения коленчатого вала, зона износа снова начинает появляться и расти. В нашем случае – уже где-то с режимов 3800 об/мин при большой нагрузке, и дальше – прогрессирует. Причем, здесь износ подшипников и поршневых колец с цилиндрами ведет себя по-разному. Быстрее всего высокие обороты начинают чувствовать подшипники коленчатого вала. Почему? Дело в том, что с ростом оборотов резко увеличиваются нагрузки на подшипники – давление инерционных сил от оборотов зависит в квадрате. А вот кольца свой износ снова получают с больших частот вращения – где-то с 4500 об/мин, и там это связано в основном с ростом температуры масла.
Где же наиболее благоприятная зона эксплуатации мотора? У испытанных нами вазовских «восьмерок» (неважно, карбюраторных или впрысковых, восьми- или шестнадцатиклапанных), зона оптимальных оборотов, при которых мотор способен воспринимать любые нагрузки без какого-либо ущерба для себя, составляет примерно 2000…3000 об/мин. Тут мы учитываем, что исходное состояние двигателя может быть разным, да и моторные масла – тоже… Принцип простой – чем больше изношен двигатель, тем выше нижняя и тем ниже верхняя границы зон безызносной работы. Чем выше вязкость масла, тем с более низких оборотов можно безопасно грузить мотор. Но точных цифр нет – очень это индивидуально.
А как это соотнести с моторами другой размерности? Тут есть одна зацепка… В принципе, узлы трения мотора чувствуют не обороты, а линейные скорости перемещения поверхностей деталей. Есть такой параметр мотора – средняя скорость движения поршня, это произведение хода поршня на частоту вращения коленчатого вала, деленное на тридцать. Тот диапазон, который мы получили, примерно соответствует средним скоростям поршня 5…7 м/с. Это значит, что для «длинноходовых» двигателей, которых ход поршня больше диаметра, зона оптимальных режимов сместится в область более низких оборотов. Отсюда – и их «эластичность». У «коротокоходных» зона оптимальных режимов сместится в область более высоких оборотов.
Кстати, именно этот диапазон изменения средних скоростей поршня обычно закладывают для определения основных зон эксплуатации двигателей с большими ресурсами. Судовых дизелей, дизель-генераторов и т.д.
Так что – берите свою размерность, выполните элементарные действия, и приблизительно получите свой диапазон безопасных оборотов. Но это так, приблизительно…
А в целом, вывод понятен. Мотору вредны как низкооборотные режимы с тяжелыми нагрузками, так и экстремальные обороты. Александр Шабанов

Изначально новые вкладыши отработали на низких оборотах с большой нагрузкой. Износы не замедлили проявиться.

Весы точно покажут, какая часть вкладыша «ушла» в масло

Кольца также жестко контролируются по массе

Влияние долговечности деталей ЦПГ на ресурс работы двигателя

Износ деталей цилиндропоршневой группы. Следствиями износа деталей цилиндропоршневой группы являются потеря мощности, большой расход масла, увеличенный прорыв газов в масляный картер, повышенная дымность выхлопных газов и др. Устранение этих неисправностей в работе двигателя требует проведения капитального ремонта.

Изучение износов деталей цилиндропоршневой группы показывает, что цилиндры, поршневые кольца и поршни изнашиваются неравномерно. Наибольший износ цилиндры имеют в верхней части, в зоне расположения верхнего поршневого кольца при положении поршня в верхней мертвой точке. Износ цилиндров неравномерен также и по окружности: изношенные цилиндры имеют в радиальном сечении форму овала. Это происходит вследствие направленного воздействия потока горючей смеси, смывающей смазку, бокового усилия поршня, неравномерного охлаждения цилиндров, деформации вследствие старения и др.

Предельно допустимая величина износа цилиндров колеблется в широких пределах для разных марок двигателей: грузовых автомобилей ГАЗ 0,40…0,45 мм; СМД -14 —0,3 мм; ЯМЭ -236 и ЯМЗ -238 0,4…0,5 мм. Предельная овальность цилиндров допускается не более 0,1…0,125 мм и для многих марок двигателя она определяет срок службы. При капитальном ремонте восстановлению подлежат все цилиндры двигателя независимо от степени их износа. Поэтому при дефектации износы цилиндров обычно не измеряются.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Из поршневых колец наиболее интенсивно изнашивается верхнее компрессионное кольцо. В результате износа колец по радиальной толщине и высоте, а также износа сопряженных с ними поверхностей цилиндра и канавки поршня резко увеличивается прорыв газов, из-за увеличенного угара масла в соединении кольцо — поршень в большом количестве отлагается нагар, нарушается теплообмен, повышается температура, кольца «залегают», теряют свою упругость, ломаются. Своевременная замена колец позволит увеличить межремонтный срок службы. Так, у двигателей ЯМЭ -236 и ЯМЭ -238 износ верхнего компрессионного кольца по радиальной толщине после пробега около 100…130 тыс. км составляет 0,1…0,3 мм. После замены этих колец двигатели продолжали нормально работать и после пробега 25…100 тыс. км еще находились в эксплуатации. При капитальном ремонте двигателей поршневые кольца подлежат стопроцентной замене.

Параметрами поршней, лимитирующими долговечность, являются отверстия в бобышках, канавках под верхнее компрессионное кольцо, диаметр юбки в плоскости, перпендикулярной оси пальца.

Износы поршней старых моделей двигателей при поступлении последних в капитальный ремонт достигали своей предельной величины. Из-за отсутствия приемлемого способа восстановления поршни до самого последнего времени выбраковывали в утиль без дефектации. Исследования долговечности двигателя ЗИЛ -130 показали, что если ввести один ремонтный размер компрессионного кольца и верхней канавки, то около 40% поршней может быть использовано повторно. Поршни являются дорогостоящими деталями.

Причины износа деталей цилиндропоршневой группы. Существует много гипотез о причинах износа соединения цилиндр — поршневое кольцо — поршень. Общепризнанным считается мнение, что изнашивание цилиндров происходит вследствие протекания на поверхностях трения нескольких физико-химических процессов: моле-кулярно-механического изнашивания, ‘возникающего из-за разрушения микрошероховатостей трущихся поверхностей при их зацеплении и металлическом схватывании и усталостного разрушения; коррозионного изнашивания под действием газообразных продуктов сгорания топлива и кислот, образующихся в результате растворения газов в сконденсировавшихся парах воды; абразивного изнашивания из-за проникающей в цилиндр пыли и продуктов износа. Все эти процессы могут протекать одновременно, но один из них может стать основным.

В 40-х годах утвердилось мнение, что преобладающим видом износа для цилиндров двигателей является коррозионное изнашивание. В результате проведенных исследовательских работ и конструкторских разработок двигатели, выпускаемые в настоящее время, имеют достаточную устойчивость против коррозии. Наиболее подходящим материалом для цилиндров оказался высоколегированный чугун, называемый нирезистом и имеющий следующий химический состав: С 2,45…3,0%; Si 2,5…3,0; Мп 0,6.-1,0; S до 0,12; Р 0,4…0,7; Сг 1,8—2,2; Ni 16,0… 17,5, Си 7,0…8,5 %. Твердость сплава составляет 156…197 НВ. Микроструктура сплава — аустенит с мелкими, равномерно распределенными карбидами и мелкопластинчатый графит. Однако нирезист — дорогой и дефицитный материал. Поэтому его стали применять только для оснащения верхней части цилиндров в виде коротких вставок.

Было установлено, что в летний период цилиндры двигателя ЗИЛ -130 изнашивались в 2 раза быстрее, чем зимой. Эти и другие данные испытаний показали, что в общем износе двигателей абразивный износ играет основную роль. Поэтому для повышения долговечности двигателей необходимо применять более эффективные воздушные, масляные и топливные фильтры, улучшить герметизацию двигателя, тщательно производить техническое обслуживание.

Другой резерв повышения долговечности двигателей заключается в применении твердых покрытий и термической обработки.

Повышая абразивную износостойкость, нельзя не учитывать коррозионную стойкость и склонность к схватыванию применяемых материалов. Так закалка серого чугуна снижает кислотостойкость в 2,5…4,5 раза. Хромированные гильзы обладают высокой износостойкостью, однако в паре с алюминиевыми поршнями в период приработки склонны к схватыванию. Сульфидирование, фос-фатирование и сульфоцианирование улучшают приработку и тем самым повышают долговечность двигателей.

Среди факторов, влияющих на износ цилиндров капитально отремонтированных двигателей, значение абразивного износа еще больше, чем для новых. Причины этого явления в следующем: детали капитально отремонтированных двигателей имеют большую загрязненность, чем детали новых двигателей; на ремонтных заводах еще недостаточно внимания уделяется очистке и качеству ремонта воздушных, масляных и топливных фильтров, что приводит к загрязнению двигателя уже в первые часы работы; при ремонте двигателей нередко устанавливаются некачественные прокладки (картонные вместо пробковых), имеет место нестабильность крепления болтовых соединений и неудовлетворительная герметизация, способствующая попаданию пыли в двигатель.

Способы повышения срока службы цилиндропоршневой группы можно разделить на:
1) осуществляемые при изготовлении двигателей;
2) реализуемые при эксплуатации;
3) связанные с капитальным ремонтом.

В последние годы была проведена большая работа по увеличению срока службы современных автомобильных двигателей. Благодаря выявленным резервам срок эксплуатации двигателей до капитального ремонта возрос в 1,5…2 раза и составил 200 тыс. км пробега для карбюраторных и 6000 моточасов работы для дизельных двигателей.

Большое влияние на удлинение срока службы двигателей оказывает техническое обслуживание и грамотная эксплуатация: смена масла в установленные сроки; регулярная очистка масляных, топливных и воздушных фильтров; обеспечение заправки чистым топливом и маслом; контроль и обеспечение герметичности соединений топливной системы и системы смазки, впуска и выпуска газов; поддержание оптимального теплового режима двигателей в зимнее время за счет утепления; организация подогрева двигателей в зимнее время во время стоянки; прогрев двигателей при запуске; борьба с перегревом двигателей, очистка системы охлаждения от засорения и накипи; борьба с перегрузками и др.

Одним из способов повышения долговечности цилиндров двигателей, приемлемых для ремонтного производства, является хромирование зеркала цилиндров.

В. Г. Горбатый разработал процесс проточного хромирования в один прием всех шести цилиндров двигателя ЗИЛ . Он установил, что износостойкость покрытий цилиндров, отхромированных в проточном электролите, в 1,5…2 раза, а скорость осаждения хрома в 6… 10 раз быстрее, чем при обычном хромировании.

Для хромирования в проточном электролите рекомендуется электролит с концентрацией хромового ангидрида Сг03 150…170 г/л и серной кислоты H2S04 1,5… 2 г/л. Режим электролиза: расстояние между анодами и катодами 2…12 мм; скорость протекания электролита 30…80 с, плотность тока 15…16 кА/м2; температура раствора 60±3 °С; скорость осаждения хрома 120… 150 мкм/ч; выход по току 18…20%.

Весьма перспективным способом повышения стойкости к износу соединения цилиндр — поршневое кольцо — поршень является покрытие зеркала цилиндров пятнистым хромом. Эксплуатационные испытания двигателей с цилиндрами, покрытыми пятнистым хромом, показали, что они изнашивались в 4…7 раз медленнее нехромиро-ванных.

Установлена целесообразность хромирования только верхней части цилиндров. Хромирование всей поверхности не только технологически трудноосуществимо и экономически дорого, но и не обязательно. Износ цилиндров по длине происходит неравномерно: максимальный износ-—в верхней части, где наиболее сильно проявляется действие коррозии, наибольшее давление колец на поверхность цилиндров, хуже условия смазки. Более того, хромирование всей поверхности цилиндров нецелесообразно еще и потому, что в период приработки иногда наблюдаются случаи усиленного износа сопряжения из-за склонности алюминиевых поршней к схватыванию с хромированным зеркалом цилиндров.

Читайте также:  Замена наружного шруса и пыльника наружного шруса Skoda Fabia

Предложено вместо хромирования цилиндров запрессовывать в их верхнюю часть короткие хромированные вставки. Стендовые испытания двигателей показали, что износ гильз с хромированными вставками в 3 раза меньше износа серийных гильз, закаленных с нагрева ТВЧ . Износ поршневых колец оказался в 1,5 раза меньше износа хромированных колец, работающих с серийными гильзами.

При эксплуатационных испытаниях установлено, что двигатели, оснащенные хромированными вставками, могут нормально работать в течение 6000 ч при замене поршневых колец через 3000 ч.

Большой практический интерес представляет способ повышения износостойкости блока цилиндров наплавкой тонкого слоя нирезиста, разработанный ВНИИТВЧ им. В. П. Вологдина совместно с Московским автомобильным заводом им. Лихачева.

Внедрение наплавки гильз дает значительный экономический эффект. Испытания показали, что износостойкость гильз с наплавленным пояском в 3 раза выше, чем гильз из серого чугуна. Замена вставок наплавкой позволяет сократить расход дефицитного сплава с 10 до 2,8 кг на каждом двигателе ЗИЛ -130. Кроме того, процесс наплавки позволяет легко автоматизировать производство и с успехом может быть применен при капитальном ремонте машин.

Для повышения износостойкости гильз цилиндров при капитальном ремонте двигателей перспективна ротационная обработка. В настоящее время блоки цилиндров при ремонте подвергаются тонкой расточке с последующим черновым и чистовым хонингованием. На некоторых заводах вместо чистового хонингования для окончательной отделки цилиндров применяют полирование абразивной бумагой. Такая обработка, обеспечивая получение требуемой шероховатости поверхности цилиндров, трудоемка, для нее используется дорогостоящее оборудование.

Хорошие результаты получены при окончательной обработке цилиндров способом пластического деформирования (раскатки): раскатанные цилиндры по износостойкости почти вдвое превосходят хонингованные.

Опробована расточка с одновременным раскатыванием цилиндров двигателя ЗИЛ . Обработку производили на расточном станке модели 278Н за один проход. Длк обработки цилиндров применяли специальную шариковую головку с двумя шариками и сменным резцовым блоком с двумя резцами. Диаметр раскатывающих шариков 11,1 мм, усилие раскатывания создавалось маслом, подаваемым под давлением 6,0 МПа по каналу в шпинделе станка от гидростанции, оборудованной насосом НШ-46Д с электродвигателем А02-42-4 (5,5 кВт, 1500 мин-1).

При раскатывании масло омывало шарики и поверхность цилиндра. Каждый резец также охлаждался струей масла. Скорость резания 1700 м/мин; подача 0,08 мм/об, глубина резания на каждом резце 0,25 мм. Припуск под раскатывание 0,01…0,02 мм.

Обработанные таким образом гильзы цилиндров имели шероховатость поверхности Ra 0,16. Износ цилиндров, обработанных расточкой с одновременным раскатыванием, после приработки двигателя был в 2…3 раза меньше износа цилиндров, обработанных по общепринятой технологии.

Перспективен способ повышения износостойкости цилиндров двигателей электромеханическим упрочнением ( ЭМУ ). Электромеханическое упрочнение осуществлялось двухроликовой головкой рычажного типа, которая закреплялась в шпинделе расточного станка модели 278. Станок оснащался силовым трансформатором, позволяющим получать рабочий ток до 1500 А. Для получения низкой частоты вращения шпинделя на станок дополнительно устанавливался понижающий редуктор.

Упрочнению подвергали двигатели ГАЗ после растачивания цилиндров до второго ремонтного размера (83,00 мм). В качестве охлаждающей жидкости применялось масло. Электромеханическое упрочнение гильзы цилиндров снизило шероховатость поверхности с Rz 20 до Ra 0,63…0,32 и повысило микротвердость поверхности в 2 раза.

Эксплуатационные испытания двигателя ГАЗ , нечетные цилиндры которого были обработаны хонинговани-ем, а четные после растачивания подвергались электромеханическому упрочнению, показали, что износостойкость гильз цилиндров после ЭМУ увеличилась почти вдвое. Достоинством ЭМУ является то, что оно не вызывает деформации цилиндров и отличается от других способов простой технологией.

Очень эффективным способом повышения долговечности гильз цилиндров является восстановление упругими термически обработанными пластинами. Технологический процесс описан ниже. Здесь следует отметить, что в качестве материала для пластин может применяться холоднокатаная термически обработанная калиброванная лента из сталей У8А, У10А, 70С2ХА, 65Г, 36НХТ10, а также из нержавеющих коррозийно-стойких сталей типа ОХ17Н7ГТ, ОХ17ГТ-ВИ и др.

Предварительно детали травят в 3…5%-ном водном растворе серной кислоты в течение 2…3 мин, промывают холодной водой и погружают в ванну. Время выдержки 50…60 мин при температуре 121… 127 °С. Затем гильзы моют в горячей, а потом в холодной воде и сушат.

Проводимые стендовые и эксплуатационные испытания показали, что сульфохромированные гильзы изнашиваются в 1,4…1,6 раза меньше, чем серийные.

В настоящее время усиленно проводится работа по повышению работоспособности гильз цилиндров на основе использования явления избирательного переноса. Согласно теории износа наибольшую износостойкость обеспечивают режимы трения, при которых покрытие выдерживает многократные деформации, не подвергаясь наклепу. Этим условиям отвечает наличие на поверхности трения тонкой металлической пленки. Большое влияние на работоспособность пар трения оказывает радиус закругления микронеровности.

Исследовались гильзы двигателя СМД -14, обработанные раскатыванием с одновременным нанесением антифрикционного покрытия на основе меди. Время приработки опытных гильз сократилось в 2,5 раза.

В отраслевой лаборатории МИИСП разработана технология восстановления гильз цилиндров одним алмазным хонингованием с использованием новых поликристаллических алмазов марки АСБ , выпуск которых серийно освоен промышленностью. Эта технология включает обдирочную, получистовую и окончательную операции хонингования со съемом припусков более 0,1…0,2 мм. В качестве охлаждающей жидкости применяют дизельное топливо.

Для обдирочного хонингования гильз из серых чугу-нов рекомендуются бруски с алмазами АСБ на связке МК2 с 50%-ной концентрацией: из серых чугунов (НВ 170…241) —зернистостью 400/315…500/400, из закаленных — зернистостью 500/400…500/630. Перед обработкой посадочные пояски гильз подвергаются очистке на пескоструйной машине.

На операции получистового хонингования — бруски АСБ 160/125 МК2 100%, окончательного — АСМ 28/20 МКЗ 100%.

Оптимальный режим резания:
— при обдирочном хонинговании Р= (0,8…1,0) МПа, окружная скорость инструмента К0=40…50 м/мин, скорость возвратно-поступательного движения хонинговаль-ной головки Fn=10…12 м/мин, основное время Г0 = 2,0… 3,0 мин;
— при получистовом Р = 0,8 МПа, У0 = 40…50 м/мин Уп= 10…12 м/мин, Го=0,6…1,0 мин;
— при окончательном Р = 0,4…0,6 МПа, У0 = 30…45 м/мин, У„=8…12 м/мин, Го=0,3…0,4 мин.

На всех этапах хонингования рекомендуются диафрагменные приспособления для крепления гильз и хонинговальной головки (одношарнирная, с шестью удлиненными брусками, разжим брусков двумя конусами) конструкции МИИСП .

Приведенная технология восстановления по сравнению с технологией восстановления изделий растачиванием под ремонтный размер более производительная и менее трудоемкая.

Влияние долговечности деталей ЦПГ на ресурс работы двигателя

Долговечность двигателей внутреннего сгорания определяется моторесурсом, который устанавливают по сроку службы наиболее ответственных деталей и узлов, подвергающихся в условиях эксплуатации процессу нормального механического истирания. Износостойкость деталей дизелей зависит: от конструктивных факторов – качества материала, смазки и топлива, удельного давления в зоне трения, скорости относительного перемещения: деталей; от эксплуатационных факторов – температурного и скоростного режимов работы дизеля, частоты и качества фильтрации масла, воздуха и топлива.

Линейная величина износа цилиндровых втулок и поршневых колец D принимается пропорциональной среднему условному давлению трения Ртр и теплонапряжённости q соответствующих деталей

D= Kтр Ртр qht, (1)

где Kтр – коэффициент пропорциональности износа; h – скорость вращения вала дизеля, об./мин; t – время работы.

Предложение о линейной зависимости трущихся деталей дизеля от теплового потока справедливо лишь для повышенного теплового состояния.

Заменим тепловой поток q1 , входящий в зависимость (1) выражением

где tст, tв – температура охлаждающей жидкости и внутренней поверхности стенки цилиндра; °C; в – коэффициент теплоотдачи от стенки к охлаждающей воде, ккал/м2.

Тогда будем иметь линейную зависимость износа трущихся деталей от их температурного состояния, которая характерна лишь для нерабочей зоны температур стенки цилиндра. Hа рис. 1 приведена опытная кривая износа гильзы от температуры охлаждающей жидкости.

Рис. 1. Зависимость износа гильзы цилиндра от температуры охлаждающей жидкости

Испытаниями установлено, что приращение температуры внутренней поверхности стенки цилиндра двигателя находится в линейной зависимости от приращения температуры охлаждающей жидкости. Поэтому приведенную кривую износа так же можно представить как функцию температуры трущихся деталей. Из графика видно, что она аналогична вязкостно-температурной кривой смазочных масел.

Смазочное масло, покрывающее зеркало цилиндра приобретает температуру стенки. Температура коренных и шатунных шеек коленчатого вала зависит от температуры смазочного масла. Отсюда очевидно влияние на износ коленчатого вала и цилиндров двигателя теплового режима его работы, определяемого температурой охлаждающей жидкости и масла.

C повышением температуры охлаждающей жидкости и, следовательно, смазочного слоя, на зеркале цилиндра уменьшается вязкость масла. Это приводит к снижению силы трения и повышению механического к.п.д. Одновременно сокращается конденсация паров серной кислоты на стенках цилиндра и износ последних.

Однако уменьшение износа стенок цилиндра при повышении температуры жидкости ограничивается возможностью нарушения при высоких температурах стенок (tст- 160–80°C) целостности масляной пленки на зеркале цилиндра, сильного окисления масла и уменьшения радиального зазора между поршнем и зеркалом цилиндра.

Bследствие этого повышение температуры охлаждающей жидкости для каждого двигателя и применяемых сортов масел имеет свой предел, который колеблется у существующих конструкций дизелей в интервале 110–120°C.

B реальных условиях работы подшипников скольжения и особенно поршней дизеля наблюдается режим полужидкостного трения.

Масляный слой нарушается изменением давления и направления движения. При разрыве масляной пленки происходит износ сопряженной трущейся пары. Увеличение износа трущихся деталей сопровождается пропорциональным ростом работы сил трения. Учитывая это, можно записать:

где v – удельная работа сил трения.

При этом полагается, что трущиеся детали двигателя подвергаются нормальному процессу абразивного износа, а изменение геометрических форм трущихся пар не влияет на интенсификацию износа.

Изложенная концепция полностью согласуется с распространенным энергетическим критерием износа, представляющим отношение объема продуктов истирания к работе сил трения, а также с законом изнашивания.

где Ктр = f(l) – уравнение эпюры удельных давлений; Sтр – путь трения.

Количественной мерой износа трущихся деталей служит вес продукта абразивного износа или линейная величина механического истирания деталей. Kосвенной мерой величины износа в единицу времени d может служить удельная работа сил трения в двигателе:

, (4)

где mц – количество цилиндров; Fп – площадь поршня.

При предельно допустимом износе в эксплуатации в шейках коленчатого вала и гильзах цилиндров моторесурс дизеля составит:

(5)

Заменяя (5) известное выражение

(6)

, (7)

где i – коэффициент тактности, i = 1,2; Cm – средняя скорость поршня, м/с; Ртр – среднее условное давление трения.

Переменный сомножитель из удельных параметров

. (8)

Можно принять в качестве комплексного критерия долговечности двигателей при сравнительной оценке их на износ.

Рис. 2. Потери механической энергии на трение в зависимости от скорости вращения вала дизеля при различных температурах масла

Мощность механических потерь на трение можно представить в виде:

(9)

где Мс – момент сопротивления двигателя, н•м; v – угловая скорость вращения вала дизеля, рад/с.

Момент сопротивления прокручиванию вала двигателя приближенно выражается известной эмпирической зависимостью:

, (10)

где h – параметр абсолютной вязкости масла, н•с/м2; Кс – постоянный коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей двигателя. Тогда:

. (11)

Получены зависимости потерь механической энергии на трение в зависимости от температуры дизельного масла и скорости вращения вала дизеля Д 50 М (рис. 2).

Подставив выражение (11) в (5), получим ещё одну функцию моторесурса двигателя:

(12)

В отличие от функции (7), представляющей зависимость моторесурса двигателя от конструктивных параметров, эта формула отражает зависимость долговечности дизеля от режимов эксплуатации.

Для определения износостойкости важнейших трудящихся деталей дизеля наложенным энергетическим методом в формуле (3) заменим выражение удельной работы сил трения:

где m – коэффициент трения скольжения; r – нормальное удельное давление; n – относительная скорость скольжения.

. (14)

Произведение Рn принято считать мерой износа трущихся деталей. Для обеспечения их долговечности оно не должно превосходить норм, выработанных практикой.

При определении моторесурса двигателя по ответственным деталям и узлам, ограничивающим срок его службы и имеющим правомерный износ, представляет интерес лишь наибольшая величина их местных износов. Максимальный местный износ гильзы цилиндра находится в зоне камеры сгорания от трения первых поршневых колец, а у коленчатого вала – во внутренней образующей шейки (между щеками).

Условия работы сил трения в этих зонах и должны приниматься при практических расчетах. В соответствии с этим наиболее точное значение срока службы двигателя может быть получено по исходному выражению (14) с принятием местных значений коэффициента трения, скорости скольжения и нормальных давлений, создаваемых давлением рабочих газов на поршень и силами инерции движущего механизма.

Удельную силу трения mР в применении к трущимся деталям двигателя внутреннего сгорания выразим через постоянное по углу поворота кривошипа среднее за цикл давление трения

,

где Fп – площадь поршня; Fтрi – площадь рассматриваемой поверхности в дизеле дг – доля среднего давления трения, приходящаяся на рассматриваемую поверхность трения.

Работа сил трения распределяется в дизеле на трение: в цилиндрах (цилиндрических втулках bц= 0,55–0,65), в шейках коленчатого вала (в = 0,35 + 0,45) и в распределительном механизме к насосах всех систем (bпр =0,03 + 0,05).

Рис. 3. Кривые долговечности дизеля в зависимости от скорости вращения вала (а) и абсолютной вязкости дизельного масла (б)

Площадь проекции поверхности коренной шейки коленчатого вала

а окружная скорость ее скольжения

,

где dв и lв – диаметр и длина шейки.

Пренебрегая трением поршня о стенки цилиндра, площадь трения определим по поверхности соприкосновения колец с гильзой:

где hk – рабочая ширина поршневого кольца; mk – количество колец на поршне.

С учетом приведенных зависимостей получим следующее выражение моторесурса двигателя по износу коренных шеек коленчатого вала

(15)

и цилиндровых втулок

. (16)

Из формул (11) и (12) видно, что работа сил трения, а следовательно, и моторесурс двигателя внутреннего сгорания определяются в эксплуатации скоростным и температурным режимом его работы. На рис. 3а,б построены в соответствии с формулой (12) кривые долговечности дизеля в зависимости от скорости вращения вала и абсолютной вязкости дизельного масла. Кривые приведены для рабочего диапазона изменения n и .

Из полученных выражений видно, что моторесурс двигателя при переменных режимах работы не зависит от нагрузки. Входящая в отдельные выражения величина среднего давления трения не зависит от нагрузки и определяется тема же параметрами, что и момент сопротивления Ртр = f(n, h). Отсюда, режимы холостого и груженого хода при одинаковых h и h оказывают на долговечность двигателя примерно одинаковое влияние.

Читайте также:  ВАЗ Ларгус

Таким образом, моторесурс дизеля не зависит от следующих основных факторов: степени форсирования, диаметра цилиндра, числа оборотов коленчатого вала, жесткости конструкции и заложенного в ней уровня напряжений, а также удельных давлений между трущимися поверхностями, что косвенно может быть оценено удельным весом двигателя. Значительное влияние на моторесурс оказывает применяемые сорта топлива и масла, режимы работы и пр.

Установим теперь зависимость моторесурса дизеля с помощью теории множественной корреляции от параметров , где Д – диаметр цилиндра (см); n – число оборотов коленчатого вала (об./мин), – показатель степени форсирования; gдиз – удельный вес дизеля (кг/э.л.с.). Зависимость моторесурса дизеля от каждого из аргументов Д, n, , Ддиз в начале устанавливалась методом парной корреляции, а затем было выведено уравнение множественной корреляции, учитывающее совместное влияние перечисленных выше параметров на долговечность дизеля.

В линейной корреляционной связи моторесурса и диаметра цилиндра показателем тесноты связи этих двух величин является коэффициент корреляции. вычисленный по формуле

, (17)

где rМД – коэффициент корреляции; m – количество исходных величин в статистической выборке.

При изучении корреляционной зависимости моторесурса дизеля от четырех факторов ограничимся наиболее простым и важным для практических расчетов случаем прямолинейной корреляции, описанной в общем виде уравнением:

. (18)

Для удобства расчета выразим все переменные и зависимости между ними в стандартизированном масштабе и, проведя ряд математических преобразований, получим систему нормальных уравнений:

;

;

;

.

где rмддиз., rмп – коэффициенты корреляции; β2, β3, b4, b5 – стандартизированные коэффициенты уравнения множественной регрессии; К – отношение .

Определив коэффициенты корреляции rдп, rдк, rдgдиз, rпк, rмgдиз, rкgдиз и используя ранее полученные коэффициенты парной корреляции, найдем численные значения стандартизированных коэффициентов. Подставив значения этих коэффициентов в стандартизированное уравнение

(19)

получим уравнение множественной корреляции, характеризующее зависимость моторесурса дизеля от Д, n, , gдиз

.(20)

Выводы

1. Полученную для расчета моторесурса формулу (20) можно применять для определения долговечности дизелей.

2. Указанная формула (20) справедлива для номинального режима работы дизеля. Зная среднее значение Р, Ре, g, Д при эксплуатации в определенных климатических зонах и при конкретных режимах работы дизеля, можно ориентировочно оценить влияние режимов эксплуатации на ресурс двигателя.

Влияние качества ремонта двигателей на их долговечность Текст научной статьи по специальности « Механика и машиностроение»

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Иванов В. П., Кастрюк А. П.

Определена зависимость послеремонтной наработки двигателей от основных гео-метрических параметров восстановленных деталей и сборочных единиц, включающих эти детали. Указаны направления повышения качества ремонта двигателей.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Иванов В. П., Кастрюк А. П.

Текст научной работы на тему «Влияние качества ремонта двигателей на их долговечность»

ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА РЕМОНТА ДВИГАТЕЛЕЙ НА ИХ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ

В. П. ИВАНОВ, А. П. КАСТРЮК

Учреждение образования «Полоцкий государственный университет», г. Новополоцк, Республика Беларусь

В ряде работ ([1], [2] и др.), посвященных изучению влияния точности геометрических параметров деталей на долговечность агрегатов, установлено, что с увеличением этой точности послеремонтная наработка растет. Вместе с тем требования к точности восстановленных деталей уступают соответствующим требованиям к деталям при их изготовлении, при этом приводятся рекомендации о расширении допусков на геометрические параметры восстанавливаемых деталей и обоснование этих рекомендаций.

Качество ремонта машин может быть укрупненно оценено долей тех параметров, которые выдерживаются в нормативных пределах. Практика ремонта показывает [3], что в количественном выражении при восстановлении деталей обеспечивается меньше половины приведенных показателей. Эксплуатационные показатели (показатели назначения) отремонтированных агрегатов (развиваемая мощность, скорость перемещения звеньев, давление и расход сред и др.) соответствуют нормативам, однако эксплуатационный темп их изменения в худшую сторону превышает соответствующий темп изменения в агрегатах, введенных в эксплуатацию после их первичного изготовления.

Научный интерес представляет обоснование требований, при которых обеспечивается нормативная послеремонтная наработка агрегатов. Эти требования должны быть приняты в качестве ограничений при технологической подготовке ремонтного производства.

Цель работы заключалась в обосновании условий достижения нормативного ресурса двигателей, прошедших капитальный ремонт.

Методика выполнения работы

Для изучения послеремонтной наработки двигателей в зависимости от точности основных геометрических параметров деталей и соединений, которые определяют качество ремонта изделий, был проведен трудоемкий промышленный эксперимент в условиях ОАО Полоцкий завод «Проммашремонт». Содержание этого эксперимента следующее. Были выделены основные параметры, которые в наибольшей мере влияют на долговечность (послеремонтную наработку) отремонтированных двигателей ЗМЗ-53-11. В качестве этих параметров были выбраны следующие:

– несоосность средней коренной опоры блока цилиндров относительно крайних опор (х1), мм;

– несоосность средней коренной шейки коленчатого вала относительно крайних шеек (х2), мм;

– зазор в коренных подшипниках коленчатого вала (х3), мм;

– зазор в шатунных подшипниках коленчатого вала (х4), мм;

– зазор между гильзой и поршнем (х5), мм;

– нецилиндричность трущейся поверхности гильзы цилиндра (х6), мм;

– непараллельность осей отверстий шатуна (х7), мм/100 мм;

– неперпендикулярность осей юбки поршня и отверстия под поршневой палец (х8), мм/100 мм.

Работы выполнялись без вмешательства в технологические процессы и организацию восстановления деталей и сборки двигателей. Параметры х1, х2 и х6 измерялись на соответствующих деталях. Остальные параметры в виде замыкающих размеров соединений рассчитывались после измерения соответствующих размеров деталей, входящих в соединения, образующиеся при сборке двигателей (табл. 1).

Геометрические параметры двигателя, определяющие его долговечность

Параметры Средства измерения

Обозна- чение Наименование Размер- ность Пределы изменения

Хі Несоосность коренных опор блока цилиндров мм 0,01-0,06 Индикаторная скалка

*2 Несоосность коренных шеек коленчатого вала мм 0,01-0,05 Контрольный стенд с микрометром на штативе

Хз Зазор в коренных подшипниках коленчатого вала мм 0,02-0,07 Нутромер, микрометры

Х4 Зазор в шатунных подшипниках коленчатого вала мм 0,02-0,07 Нутромер, микрометры

*5 Зазор между гильзой и поршнем мм 0,01-0,07 Нутромер, микрометр

Хб Нецилиндричность трущейся поверхности гильзы цилиндра мм 0,01-0,04 Нутромер

*7 Непараллельность осей отверстий шатуна мм на 100 мм 0,01-0,15 Настольный индикаторный стенд

*8 Неперпендикулярность осей юбки поршня и отверстия под поршневой палец мм на 100 мм 0,01-0,10 Настольный индикаторный стенд

Области определения параметров ограничены слева минимальными значениями, установленными нормативной документацией на восстановление деталей, а справа -максимальными значениями, выявленными при их измерении. Большой интерес для исследования представляли случаи, когда значения параметров-аргументов существенно превышали нормативные, например, при выпуске продукции по особым санкциям. Отклонения параметров деталей от нормативных вызваны использованием запасных частей низкого качества, недостаточными возможностями металлорежущего оборудования и применением деталей ремонтного фонда, параметры которых согласно руководству по капитальному ремонту агрегатов уступали параметрам деталей, изготавливаемых на машиностроительных предприятиях.

Детали поступали на рабочие места сборки и устанавливались на двигатели. На каждый из этих двигателей составлялся формуляр, в котором были указаны детали, приведенные в табл. 1, со значениями их размеров. Работниками лаборатории надежности были налажены отношения с хозяйствами, в которых эксплуатировались двигатели, а по каждому двигателю были получены сведения о его наработке до предельного состояния. Были получены сведения по 45 двигателям.

Рассмотрение корреляционных полей зависимости послеремонтной наработки двигателей Ь от точности основных геометрических параметров деталей и соединений показало, что она существенно отличается от линейной. Между указанными величинами была принята степенная форма связи, которая содержит признаки линейной, параболической, гиперболической, показательной и других функций, в виде

Т — Луа1у a2v а3у а4у а5у абу а7у а8

Методика расчета значений показателей степеней и статистического анализа зависимости приведена в [4].

После логарифмирования зависимости и расчета значений коэффициентов регрессии получили зависимость послеремонтной наработки двигателей от точности основных геометрических параметров деталей и соединений:

Ь = 0,052х-°,541х2-°,417х-0,732х-0,919X-0,608х-0,340х-0,299х-0,316, тыс. км. (2)

Значимость показателей степеней уравнения (2) определяли путем сопоставления их с доверительным интервалом Да, значение которого вычисляли по формуле

где I – критерий Стьюдента; £в – квадратный корень из дисперсии воспроизводимости; п – число опытов, учитываемых для расчета дисперсии воспроизводимости.

Для вычислении £в учитывались значения функции, полученные при близких значениях аргументов, £в2 равно 0,0007263. При t = 2,571 (5%-й уровень значимости [4]) и п = 6 доверительный интервал Дв = ±0,0284. Все коэффициенты уравнения регрессии были признаны значимыми.

Проверку соответствия расчетной зависимости опытным данным производили с помощью дисперсионного отношения Г:

где Д – дисперсия адекватности.

При Д2 = 0,022342273 (36 степени свободы) и £2 = 0,0007263 (5 степеней свободы) Г = 30,7 (табличное значение критерия равно 2,45). Уравнение (2) адекватно описывает результаты экспериментального исследования.

Послеремонтный ресурс исследуемых двигателей изменялся от 38 до 154 тыс. км. Степень влияния факторов при изменении их в пределах шага варьирования (0,01 мм или 0,01 мм на 100 мм длины) на послеремонтную наработку агрегата образует ряд х4 ^ х3 ^ х5 ^ х1 ^ х2 ^ х6 ^ х8 ^ х7. Даже при таком небольшом изменении значений факторов в худшую сторону наработка агрегатов существенно снижается. Степень влияния изучаемых факторов (отношение максимальной наработки агрегата к минимальной) при изменении их в пределах области определения на ресурс агрегатов показана в табл. 2.

Степень влияния изменения геометрических параметров двигателя

на его долговечность

Наименование параметров Степень влияния

Несоосность коренных опор блока цилиндров 2,63

Несоосность коренных шеек коленчатого вала х2 1,96

Зазор в коренных подшипниках коленчатого вала х3 2,50

Зазор в шатунных подшипниках коленчатого вала х4 3,21

Зазор между гильзой и поршнем х5 3,25

Окончание табл. 2

Наименование параметров Степень влияния

Нецилиндричность трущейся поверхности гильзы цилиндра х6 1,83

Непараллельность осей отверстий шатуна х7 2,25

Неперпендикулярность осей юбки поршня и отверстия под палец х8 2,07

Последовательность влияния факторов в пределах их изменений на ресурс двигателей с учетом сведений указанной таблицы имеет вид: х5 ^ х4 ^ х1 ^ х3 ^ х7 ^ х8 ^ х2 ^ х6. Наибольшее влияние на долговечность двигателей оказывает начальный зазор между гильзой и поршнем и наименьшее влияние – расположение осей поршня и цилиндра как результат непараллельности осей отверстий шатуна и неперпендикулярности осей юбки поршня и отверстия под поршневой палец. Утверждения, приведенные в ряде исследований, о том, что существуют оптимальные значения параметров, отличные от минимальных и определяющие лучшие значения показателей качества, оказались неправомерными. Наблюдается непрерывное уменьшение ресурса агрегатов при отклонении в худшую сторону параметров от их нормативных значений.

Повышенная несоосность коренных опор блока цилиндров и коренных шеек коленчатого вала приводит к касанию трущихся поверхностей шеек и вкладышей и нарушению гидродинамического трения. В местах касания образуются условия полусухого и сухого трения с элементами схватывания и заедания, что приводит к повышенному изнашиванию поверхностей.

Увеличение зазоров в коренных и шатунных подшипниках коленчатого вала при постоянных значениях вязкости масла и режима работы двигателя требует роста оптимальной толщины масляного слоя. Однако при превышении зазоров в подшипниках оптимальная толщина масляного слоя уменьшается и возрастает влияние ударных нагрузок. При достижении зазора 0,25-0,30 мм наблюдается деформирование антифрикционного слоя, появляются наплывы и очаги локального разрушения.

В практике наблюдается износ гильз цилиндров до 0,4 мм в зоне остановки верхнего поршневого кольца. На основании гидродинамической теории смазки трудно установить допустимый износ отверстия цилиндра, так как детали работают в условиях между сухим и жидкостным трением и вибраций из-за периодического воздействия переменных по значению и направлению сил и недостаточной жесткости деталей. Износы трущихся поверхностей гильз и юбок поршней, а также торцовых поверхностей поршневых канавок коррелированы между собой. Износ этих элементов приводит к повышенному расходу масла, граничное значение которого определяет предельное состояние агрегата. Большой начальный зазор между гильзой и поршнем существенно снижает остаточную долговечность соединения.

Погрешности формы трущейся поверхности гильзы цилиндра в виде ее неци-линдричности и конусообразности достигают 0,12 мм. Замыкающий размер соединения «гильза цилиндра – поршень» обеспечивается групповой взаимозаменяемостью. Погрешности формы в этом случае должны составлять долю допуска размерной группы, а не долю допуска на изготовление детали. Влияние погрешности параметра выражается нарушением условий смазки и высоким давлением в местах контакта деталей.

Наименее изучено влияние непараллельности осей отверстий шатуна и непер-пендикулярности осей юбки поршня и отверстия под поршневой палец на долговечность двигателей. Эти параметры в сумме при прочих равных условиях обусловливают перекос оси поршня относительно оси цилиндра. Даже при непродолжительной работе отремонтированного двигателя с «перекошенными» поршнями на их юбках

видны смещенные следы касания с гильзами. Площадь этих участков тем меньше, чем больше перекос, она составляет часть номинальной площади касания деталей, поэтому участки контакта интенсивно изнашиваются до тех пор, пока их площадь не станет равной площади касания деталей, собранных без погрешности (перекоса).

Таким образом, геометрические параметры восстановленных деталей не должны уступать соответствующим параметрам новых деталей, заданных заводами-изготовителями. Технический уровень производственных участков ремонтного производства, которые проходят реконструкцию или техническое перевооружение, должен обеспечить неукоснительное выполнение нормативных значений геометрических параметров восстанавливаемых деталей. Полученная регрессионная зависимость применима для двигателей конкретной модели. Использование аналогичных зависимостей, найденных для двигателей других моделей, собранных из деталей с заданными отклонениями параметров от номинальных значений, позволяет прогнозировать их послеремонтный ресурс с высокой точностью. Мероприятия по достижению отремонтированными изделиями нормативной долговечности связаны с повышением точности базирования и обработки резанием ремонтных заготовок при восстановлении деталей.

1. Гурвич, И. Б. Эксплуатационная надежность автомобильных двигателей / И. Б. Гур-вич, П. Э. Сыркин, В. И. Чумак. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Транспорт, 1994. – 144 с.

2. Черноиванов, В. И. Организация и технология восстановления деталей машин / В. И. Черноиванов, В. П. Лялякин. – М. : ГОСНИТИ, 2003. – 488 с.

Читайте также:  Детское автосиденье

3. Иванов, В. П. Цена качества ремонта / В. П. Иванов // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. – 1999. – № 7. – С. 23-25.

4. Львовский, Е. Н. Статистические методы построения эмпирических формул / Е. Н. Львовский. – М. : Наука, 1988. – 240 с.

Цилиндр и поршень: что нужно знать об этих деталях и как продлить срок их службы?

Смотрите также

Цилиндр и поршень – ключевые детали любого ДВС. В замкнутой полости цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) происходит сгорание топливно-воздушной смеси. Газы, образующиеся при этом, воздействуют на поршень – он начинает двигаться и заставляет вращаться коленчатый вал.

Цилиндр и поршень обеспечивают оптимальный режим работы двигателя в любых условиях эксплуатации автомобиля.

Рассмотрим эту пару подробнее: конструкцию, функции, условия работы, возможные проблемы при эксплуатации элементов ЦПГ и пути их решения.

Принцип работы цилиндро-поршневой группы

Современные двигатели внутреннего сгорания оснащены блоками, в которые входят от 1 до 16 цилиндров – чем их больше, тем мощнее ДВС.

Внутренняя часть каждого цилиндра – гильза – является его рабочей поверхностью. Внешняя – рубашка – составляет единое целое с корпусом блока. Рубашка имеет множество каналов, по которым циркулирует охлаждающая жидкость.

Внутри цилиндра находится поршень. В результате давления газов, выделяющихся в процессе сгорания топливно-воздушной смеси, он совершает возвратно-поступательное движения и передает усилия на шатун. Кроме того, поршень выполняет функцию герметизации камеры сгорания и отводит от нее излишки тепла.

Поршень включает следующие конструктивные элементы:

  • Головку (днище)
  • Поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные)
  • Направляющую часть (юбку)

Бензиновые двигатели оснащены достаточно простыми в изготовлении поршнями с плоской головкой. Некоторые модели имеют канавки, способствующие максимальному открытию клапанов. Поршни дизельных ДВС отличаются наличием на днищах выемок – благодаря им воздух, поступающий в цилиндр, лучше перемешивается с топливом.

Кольца, установленные в специальные канавки на поршне, обеспечивают плотность и герметичность его соединения с цилиндром. В двигателях разного типа и предназначения количество и расположение колец могут отличаться.

Чаще всего поршень содержит два компрессионных и одно маслосъемное кольцо.

Компрессионные (уплотняющие) кольца могут иметь трапециевидную, бочкообразную или коническую форму. Они служат для минимизации попадания газов в картер двигателя, а также отведения тепла от головки поршня к стенкам цилиндра.

Верхнее компрессионное кольцо, которое изнашивается быстрее всех, обычно обработано методом пористого хромирования или напылением молибдена. Благодаря этому оно лучше удерживает смазочный материал и меньше повреждается. Остальные уплотняющие кольца для лучшей приработки к цилиндрам покрывают слоем олова.

С помощью маслосъемного кольца поршень, совершающий возвратно-поступательные движения в гильзе, собирает с ее стенок излишки масла, которые не должны попасть в камеру сгорания. Через дренажные отверстия поршень «забирает» масло внутрь, а затем отводит его в картер двигателя.

Направляющая часть поршня (юбка) обычно имеет конусную или бочкообразную форму – это позволяет компенсировать неравномерное расширение поршня при высоких рабочих температурах. На юбке расположено отверстие двумя выступами (бобышками) – в нем крепится поршневой палец, служащий для соединения поршня с шатуном.

Палец представляет собой деталь трубчатой формы, которая может либо закрепляться в бобышках поршня или головке шатуна, либо свободно вращаться и в бобышках, и в головке (плавающие пальцы).

Поршень с коленчатым валом соединяется шатуном. Его верхняя головка движется возвратно-поступательно, нижняя вращается вместе с шатунной шейкой коленвала, а стержень совершает сложные колебательные движения. Шатун в процессе работы подвергается высоким нагрузкам – сжатию, изгибу и растяжению – поэтому его производят из прочных, жестких, но в то же время легких (в целях уменьшения сил инерции) материалов.

Конструкционные материалы деталей ЦПГ

Сегодня цилиндры и поршни двигателя чаще всего производят из алюминия или стали с различными присадками. Иногда для внешней части блока цилиндров используют алюминий, имеющий небольшой вес, а для гильзы, контактирующей с движущимся поршнем, – более прочную сталь.

В отличие от чугуна, который применялся ранее для изготовления деталей ЦПГ, внедрение алюминия – намного более легкого, но износостойкого материала – стало толчком к появлению мощных и высокооборотистых двигателей.

Современные автомобили, особенно с дизельными ДВС, все чаще оснащаются сборными поршнями из стали. Они имеют меньшую компрессионную высоту, чем алюминиевые, поэтому позволяют использовать удлиненные шатуны. В результате боковые нагрузки в паре «поршень-цилиндр» существенно снижаются.

Из специального высокопрочного чугуна с легирующими добавками (молибденом, хромом, вольфрамом, никелем) производятся сегодня поршневые кольца – части ЦПГ, которые наиболее подвержены износу и деформациям.

Значительные механические и тепловые циклические нагрузки отрицательно сказываются на работоспособности элементов цилиндро-поршневой группы. В то же время от их состояния напрямую зависит стабильная компрессия двигателя, обеспечивающая его уверенный холодный и горячий запуск, мощность, экологичность и другие эксплуатационные показатели.

Именно поэтому для изготовления поршней и других деталей ЦПГ применяются материалы, обладающие высокой механической прочностью, хорошей теплопроводностью, незначительным коэффициентом линейного расширения, отличными антифрикционными и антикоррозионными свойствами.

В целях снижения потерь на трение производители поршней покрывают их боковую поверхность специальными антифрикционными составами на основе твердых смазочных частиц: графита или дисульфида молибдена. Однако со временем заводское покрытие разрушается, поршни снова испытывают высокие нагрузки, под влиянием которых изнашиваются и выходят из строя.

Одним из самых эффективных антифрикционных покрытий поршней является MODENGY Для деталей ДВС.

Состав на основе сразу двух твердых смазок – высокоочищенного дисульфида молибдена и поляризованного графита – применяется для первоначальной обработки юбок поршней или восстановления старого заводского покрытия.

MODENGY Для деталей ДВС имеет практичную аэрозольную упаковку с оптимально настроенными параметрами распыления, поэтому наносится на юбки поршней легко, быстро и равномерно.

На поверхности покрытие создает долговечную сухую защитную пленку, которая снижает износ деталей и препятствует появлению задиров.

MODENGY Для деталей ДВС полимеризуется при комнатной температуре, не требуя дополнительного оборудования.

Для подготовки поверхностей перед нанесением покрытия их необходимо обработать Специальным очистителем-активатором MODENGY. Только в таком случае производитель гарантирует прочное сцепление состава с основой и долгий срок службы готового покрытия. Оба средства входят в Набор для нанесения антифрикционного покрытия на детали ДВС

Методы охлаждения и смазывания цилиндро-поршневой группы

В каждом цикле работы двигателя при температуре, достигающей +2000 °С, сгорает большое количество топливно-воздушной смеси. При этом все детали цилиндро-поршневой группы испытывают экстремальные температурные воздействия, поэтому нуждаются в эффективном охлаждении – воздушном или жидкостном.

Наружная поверхность цилиндров ДВС с воздушным охлаждением покрыта множеством ребер, которые обдувает встречный или искусственно созданный воздухозаборниками воздух.

При водяном охлаждении жидкость, циркулирующая в толще блока, омывает нагретые цилиндры, забирая таким образом излишек тепла. Затем жидкость попадает в радиатор, где охлаждается и вновь подается к цилиндрам.

Второй по важности момент после отвода тепла – система смазки цилиндров. Без нее поршни рано или поздно подвергаются заклиниванию, что может привести к поломке двигателя.

Для того чтобы масляная пленка дольше удерживалась на внутренних поверхностях цилиндров, их подвергают хонингованию, т.е. нанесению специальной микросетки. Стабильность слоя масла гарантирует не только максимально низкое трение в паре «поршень-цилиндр», но и способствует отведению лишнего тепла из ЦПГ.

Неисправности ЦПГ и их диагностика

Даже грамотная эксплуатация автомобиля не гарантирует, что со временем не возникнет проблем с его цилиндро-поршневой группой.

О неисправностях деталей ЦПГ свидетельствует увеличение расхода масла, ухудшение пусковых качеств двигателя, снижение его мощности, появление каких-либо посторонних шумов при работе. Эти моменты нельзя игнорировать, так как стоимость ремонта цилиндро-поршневой группы иногда равна стоимости автомобиля в целом.

Под влиянием очень высоких нагрузок и температур:

  • На рабочих поверхностях цилиндров появляются трещины, сколы, пробоины
  • Посадочные места под гильзу деформируются
  • Днища поршней оплавляются и прогорают
  • Поршневые кольца разрушаются, закоксовываются, залегают
  • На теле поршней возникают различные деформации
  • Зазоры между поршнем и цилиндром сужаются, вследствие чего на юбках появляются задиры
  • Наблюдается общий износ цилиндров и поршней

Перечисленные неисправности цилиндро-поршневой группы неизбежны при перегреве двигателя. Он может возникнуть из-за нарушения герметичности системы охлаждения, отказа термостата или помпы, сбоев в работе вентилятора охлаждения радиатора, поломки самого радиатора или его датчика.

Точно определить состояние цилиндров и поршней можно с помощью специализированной диагностики самой ЦПГ (при полной разборке двигателя) или других автомобильных систем (например, воздушного фильтра).

В ходе сервисных работ измеряется компрессия в цилиндрах ДВС, берутся пробы картерного масла и пр. – все это помогает оценить исправность работы цилиндро-поршневой группы.

Ремонт цилиндро-поршневой группы двигателя включает замену маслосъемных и компрессионных колец, установку новых поршней, шатунов, восстановление (расточку) цилиндров.

Степень износа последних определяется с помощью индикаторного нутрометра. Трещины и сколы на стенках устраняются эпоксидными пастами или путем сварки.

Новые поршни – с нужным диаметром и массой – подбирают к гильзам, а поршневые пальцы – к поршням и втулкам верхних головок шатунов. Шатуны предварительно проверяют и при необходимости восстанавливают.

Как продлить ресурс ЦПГ?

Ресурс цилиндро-поршневой группы зависит от типа двигателя, режима его эксплуатации, регулярности обслуживания и многих других факторов. Срок службы ЦПГ отечественных автомобилей, как правило, меньше, чем у иномарок: около 200 тыс. км против 500 тыс.

Для того, чтобы детали ЦПГ вырабатывала свой ресурс полностью, рекомендуется:

  • Использовать моторное масло, рекомендованное автопроизводителем
  • Осуществлять замену масла и охлаждающей жидкости строго по регламенту
  • Следить за температурным режимом работы двигателя, не допуская его перегрева и холодного запуска
  • Регулярно проводить диагностику автомобиля
  • Применять для обслуживания автокомпонентов специальные средства, которые могут защитить их от усиленного износа и максимально продлить срок службы

Присоединяйтесь

© 2004 – 2020 ООО “АТФ”. Все авторские права защищены. ООО “АТФ” является зарегистрированной торговой маркой.

Audi A4 2.0 TFSI Quattro › Бортжурнал › Диагностика состояния ЦПГ и чудо ремонтно-восстановительный состав

Так получилось, что я работаю с человеком у которого папаня известный в узких кругах Нижнего Новгорода моторист. Я беру у него масло (в бочках из германии приводит).
Он занимается безразборным ремонтом моторов (смешно да ?) по ГТМ технологии. Подробности Вы можете прочитать забив в ГОгл ГТМ, либо сайт есть www.gtmt.ru
Как правило в эту фигню никто не верит. Ну чтож, будем развеивать сомнения, решил для профилактики, общупать свою Аудюшу, ибо уже видел чудеса, на работе многие пользовались его услугами.

Для начала ликбез небольшой, чтоб всё понятно было, подробнее о ГТМ технологии
ГТМ – технология дает возможность избирательной компенсации износа мест трения и контакта деталей за счет образования в этих зонах новых алмазоподобных модифицированных поверхностей. Износоустойчивость таких поверхностей в 2-3 раза выше, чем у обычных закаленных поверхностей и в 6-8 раз выше, чем у изношенных узлов, где первоначально закаленный слой уже сработался.

В процессе проводимого ремонта на поверхностях пар трения агрегатов в зонах контакта образуется модифицированный слой, представляющий собой монокристалл, выращенный на кристаллической решетке поверхностного слоя самого металла. Одновременно в результате диффузии материалов ГТМ с поверхности в глубину металла, улучшается структура его кристаллической решетки и, тем самым, упрочняется приповерхностный слой самого металла.

Термодинамические процессы, происходящие в зонах трения в присутствии ГТМ компаунда, способствуют образованию более толстого модифицированного слоя в местах наибольшей выработки металла. Таким образом, в процессе ремонта постепенно стабилизируется и приближается к оптимальной величина зазора между трущимися деталями по всей площади пятен контакта.

Даже очень хорошо подготовленная поверхность стали, при детальном рассмотрении под микроскопом, имеет вид вспаханного поля с чередой пиков, кратеров и редких равнин между ними, как на рис.1. В процессе движения этих поверхностей друг относительно друга их наиболее выступающие пики (рис.2) приходят в соприкосновение и выбивают друг друга, образуя на обеих поверхностях по микро кратеру (рис.3). В каждый последующий момент работы будут соприкасаться и стираться другие выступы микрорельефа, добавляя в масло все новые и новые частицы металла, увеличивая зазоры. Классический способ борьбы с трением — использование «масляного клина» в зонах трения приводит к существенному уменьшению вышеописанных эффектов, и до недавнего времени задача увеличения ресурса механизмов решалась путем улучшения свойств применяемых масел, а также специальной обработкой металлических поверхностей.

Принцип работы ГТМ-Технологии
Процесс образования алмазоподобного углеродистого модифицированного слоя на поверхностях пар трения, рассмотрим подробнее на рисунке, где как и раньше крупным планом показано место локального контакта.

В соответствии с технологией ГТМ (частицы зеленого цвета) добавляются в носитель, в данном случае — масло, причем не новое, а уже имеющее в своем составе продукты трения (серого цвета). Если условно разделить протекающие процессы на этапы, то можно представить себе картину следующим образом. За счет высоких моющих свойств ГТМ в местах контакта происходит суперфинишная обработка поверхностей трения – очистка нагаров, окислов, деструктурированного масла. В местах локального контакта в микрообъемах возникают высокие температуры (до 1000 град. С и более), что приводит к инициации микро металлургических процессов. В результате происходит образование алмазоподобной кристаллической решетки выращенной на поверхностности пар трения

Практически одновременно с этим происходит изменение микрорельефа и изменение поверхностного слоя. Поскольку элементы ГТМ работают как катализаторы, постольку в местах трения создаются условия для активного протекания окислительно – восстановительных процессов. В результате этих реакций материалы ГТМ диффундируют в подложку, укрепляя и модифицируя поверхностный слой. Одновременно в пограничной области происходит образование новых кристаллов, наращенных на кристаллической решетке поверхностного слоя металла. Они показаны зеленым цветом на рисунке

Ссылка на основную публикацию